【正文】 nII ?? 1011 / ）（? ，則有： 011 ?? 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 共 33 頁(yè) 將上式帶入理想狀態(tài)下的容量公式（ 36）得到： dtI t??? t 1001 0)t()t( ? （ 312） 方程兩邊除以電流 1I 下的總?cè)萘?01Q? 可得： 0t0 /)()()( 0 QdttiKtS O CtS O C t I??? （ 313） 式中 1/1??IK 。 由于電池內(nèi)阻的在線測(cè)量是很困難的，所以常常采用離線的方法得到電池容量與SOH 的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù) 表格，汽車運(yùn)行中對(duì)充放電循環(huán)次數(shù)累積計(jì)數(shù)，然后根據(jù)表格來(lái)對(duì)總?cè)萘窟M(jìn)行修正。軸突是由細(xì)胞向外伸出的最長(zhǎng)的分支， 其功能是傳出信息，其端部的許多神經(jīng)末梢為信號(hào)的輸出端子。在各神經(jīng)元之間不存在反饋。 BP 網(wǎng)絡(luò)可看成是一從輸入到輸出的高度非線性映射。 （ 3） 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， BP 網(wǎng)絡(luò)一般主要由輸入層、隱層、輸出層組成，隱層中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)分別與輸入層和輸出層的每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接。在正向傳播過(guò)程中，輸入信息從輸入層經(jīng)隱含層逐層處理，并傳向輸出層，每一層神經(jīng)元的狀態(tài)只影響下一層神經(jīng)元的狀態(tài)。 BP 算法的改進(jìn)主要有兩種途徑 ： 一種是采用啟發(fā)式學(xué)習(xí)算法 。 LM 算法實(shí)際上是梯度下降法和牛頓法的結(jié)合。輸出層只有一個(gè)節(jié)點(diǎn) (Y)， 并認(rèn)為是 MH/Ni電池的放電容量。網(wǎng)絡(luò)經(jīng)初始化 ， 利用函數(shù) Trainlm 對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行 500次的訓(xùn)練后 ， 網(wǎng)絡(luò)誤差平方和 mse 達(dá)到了目標(biāo)誤差 (goal)要求 ， 即 E1106。鋰離子動(dòng)力電池的電流、電壓、溫度和內(nèi)阻都對(duì)電池容量和 SOC 產(chǎn)生的影響。隱含層采用 S 型激活函數(shù)，輸出層采用線性激活函數(shù)。 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 共 33 頁(yè) 5． 4 網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試 在對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，應(yīng)用 BP 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試。準(zhǔn)確估算電動(dòng)汽車電池 SOC，可以幫助我們及時(shí)了解到電池所處的狀態(tài)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，以及防止電池的過(guò)充電或過(guò)放電，延長(zhǎng)電動(dòng)汽車電池的壽命。 （ 4）要獲得比較準(zhǔn)確的電池電動(dòng)勢(shì)值，需要將它靜置足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以提高精度。在此，謹(jǐn)向我的導(dǎo)師王業(yè)琴老師致以最衷心的感謝和最崇高的敬意 ! 另外，我要向所 有學(xué)習(xí)期間曾給我?guī)椭睦蠋?、同學(xué)和朋友表示感謝，向多年來(lái)一直默默無(wú)聞支持我的家人表示由衷的感謝，沒(méi)有他們的支持，便沒(méi)有我今天的成績(jī)。記得在做課題初期，感覺(jué)自己觸及的是一個(gè)全新的領(lǐng)域，不知從何做起，是她給了我啟發(fā)，引導(dǎo)我去尋找新的思路和方法。我們?cè)谑占舜罅康脑囼?yàn)數(shù)據(jù)的前提下，利用 MATLAB 進(jìn)行了仿真計(jì)算，對(duì) BP 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車鋰離子動(dòng)力電池智能管理系統(tǒng)模型的建立，并得到以下結(jié)論： （ 1）進(jìn)一步完善和改進(jìn)電池組神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè) 共 33 頁(yè) 保持測(cè)試的環(huán)境溫度不變，仍 為 25℃ ，在充放電測(cè)試儀上以放電倍率 、 、 對(duì)鋰離子動(dòng)力電池進(jìn)行測(cè)試，并自動(dòng)記錄電池的電壓、電流和放電容量，測(cè)量步驟同上，將三組放電倍率下電池的電壓和電流數(shù)據(jù)輸入網(wǎng)絡(luò)，其輸出結(jié)果如下圖所示： 圖 514 下放電容量測(cè)量數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的比較曲線 圖 515 下放電容量測(cè)量數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的比較曲線 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè) 共 33 頁(yè) 圖 516 下放電容量測(cè)量數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的比較曲線 從圖中可以看出，對(duì)放電容量的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)所得的真實(shí)結(jié)果相差不大，最大相對(duì)誤差小于 7％，滿足對(duì)鋰離子動(dòng)力電池容 量預(yù)測(cè)的要求。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專用 MATLAB 函數(shù)集） 擴(kuò)展了 MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問(wèn)題。以具有兩個(gè)輸入變量，一個(gè)輸出變量的映射關(guān)系，即： Q(放電容量 )=f（ U,I） （ 52） 根據(jù) Kolmogorov 定理，給定任意連續(xù)函數(shù)，可以精確的用一個(gè)三層 BP 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，該網(wǎng)絡(luò)的第一層即輸入層有 n 個(gè)神經(jīng)元，中間層有 (2n+1)個(gè)神經(jīng)元，第三層即輸出層電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 共 33 頁(yè) 有 m個(gè)神經(jīng)元。電池的充放電是通過(guò)Li+在正負(fù)極之間的遷移來(lái)實(shí)現(xiàn)的。隱含層采用Transig 激活函數(shù) ， 輸出層采用 Purelin 線性激活函數(shù)。網(wǎng)絡(luò)隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)的選取目前尚無(wú)理論上的指導(dǎo)。e 是網(wǎng)絡(luò) 誤差矢量， 則： eJIJJkwkw TT 1][)()1( ????? ? （ 47） 式中， I 為單位矩陣 ； ? 為系數(shù)，在計(jì)算過(guò)程中是自適應(yīng)調(diào)整的。 (4)調(diào)整權(quán)值 : )())1( kDkwkw ii ???? （ ,i=1,2,.... （ 43） 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 33 頁(yè) 其中， w(k+l)、 w(k)分別為 k+ k 時(shí)刻的權(quán)向量 ； 叮是學(xué)習(xí)率 ； D(k)是 k 時(shí)刻的負(fù)梯度。 基本的 BP 算法最大的問(wèn)題是采用梯度法時(shí)的步長(zhǎng)和勢(shì)態(tài)項(xiàng)系數(shù)是由經(jīng)驗(yàn)確定的。在輸出層把現(xiàn)行輸出和期望輸出進(jìn)行比較，若存在誤差，則進(jìn)行反向傳播過(guò)程。 圖 43 反饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 自組織網(wǎng)絡(luò) 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 33 頁(yè) 如圖 44 所示， Kohonen 網(wǎng)絡(luò)是最典型的自組織網(wǎng)絡(luò)。 圖 41 生物神經(jīng)元模型 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 共 33 頁(yè) 4． 2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的種類相當(dāng)豐富，已有 近 40 余種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 模型，根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的連接方式，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)大體上可分為三大類 :前饋網(wǎng)、反饋網(wǎng)絡(luò)和自組織網(wǎng)絡(luò)。它和人體中其他細(xì)胞的區(qū)別在于具有產(chǎn)生、處理和傳遞信號(hào)的功能。鋰離子電池的循環(huán)壽命一般 在 500～ 1000 次 。 Peukert 經(jīng)驗(yàn) 公式如下： KtI ?n （ 35） 式中： I放電電流， A； t放電時(shí)間， h； n與電池類型有關(guān)的常數(shù)； K與活性物質(zhì)有關(guān)的常數(shù)； 將 Peukert 方程兩邊都乘以 n1?I ，方程變?yōu)榱?KIIt n?? 1 ，方程左邊是放電電 流與時(shí)間乘積，在恒流放電的情況下實(shí)際上就是電池的放電容量 Q，所以方程又可以 寫(xiě)成： KIQ n1?? （ 36） 由該方程可以看出，電池的放電容量 Q 是放電電流和常數(shù) n， K 的常數(shù)。 另外，溫度對(duì)電池的自放電率也有很大的影響。 對(duì)于鋰離子電池，工程中一般采用溫度系數(shù)的方法來(lái)對(duì)容量進(jìn)行修正。 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 33 頁(yè) 自放電速率可以用單位時(shí)間內(nèi)容量降低的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。鋰離子電池性能較好，適用范圍也比較廣，具有 良好的應(yīng)用前景，在未來(lái)將逐步占據(jù)電動(dòng)汽車電池市場(chǎng)的主流地位。在充電時(shí)，負(fù)極析出的氫貯存在儲(chǔ)氫合金中，正極由氫氧化亞鎳變成氫氧化鎳 NiOOH 和 H2O，放電時(shí)氧在負(fù)極被還原，正極由氫氧化鎳變成氫氧化亞鎳。其反應(yīng)原理如下： 陽(yáng)極反應(yīng) ??? ???? HP b S OeH S OP 44 2b 陰極反應(yīng) OHSOPH S OHP b O 2442 2be23 ????? ??? 總反應(yīng) OHP b S OH S OOPPb 2442 222b ???? 鉛酸蓄電池是最早發(fā)明的二次電池，其開(kāi)路電壓高，價(jià)格便宜，放電電壓平穩(wěn)，生產(chǎn)技術(shù)成熟，使用可靠，因此一直被范圍廣的應(yīng)用。電動(dòng)汽車排放污染大氣的有害氣體是有限的，推廣電動(dòng)企業(yè)的發(fā)展，可以減少溫室氣體排放量，有效緩解大氣污染。預(yù)測(cè)電池每個(gè)循環(huán)可提供的電量及回收制動(dòng)的能量所產(chǎn)生的電量，并控制放電深度和充電時(shí)和制動(dòng)回收能量時(shí)的過(guò)充電。電動(dòng)車還有能量回收的問(wèn)題。電池管理系統(tǒng)主要有三個(gè)功能： (1)精確監(jiān)測(cè)電池電壓、電流和溫度參數(shù)，這是電池管理系統(tǒng)有效運(yùn)行的基礎(chǔ)和關(guān)鍵； (2)在監(jiān)控正確參數(shù)的前提下，應(yīng)用一定的算法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出電池電量狀態(tài)； (3)建立起一個(gè)四通八達(dá)的數(shù)據(jù)傳遞通道，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車內(nèi)部部件間，內(nèi)部與外部計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊和處理。 從目前世界范圍內(nèi)的整個(gè)形勢(shì)來(lái)看，日本是電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展速度最快的少數(shù)幾個(gè)國(guó)家之一，特別是在混合動(dòng)力汽車的產(chǎn)品發(fā)展方面，日本居世界領(lǐng)先地位。 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 33 頁(yè) 進(jìn)入 21 世紀(jì)之后，面對(duì)全球范圍日益嚴(yán)峻的能源形勢(shì)和環(huán)保壓力，電動(dòng)汽車（ EV，Electric Vehicle）作為新能源汽車的主體，面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn) [4]。 電動(dòng)車在 20世紀(jì)初迎來(lái)成功之后，很快又失去了成長(zhǎng)的勢(shì)頭。 準(zhǔn)確估算電動(dòng)汽車電池 SOC，可以幫助我們及時(shí)了解到電池所處的狀態(tài)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，以及防止電池的過(guò)充電或過(guò)放電，延長(zhǎng)電動(dòng)汽車電池的壽命。卡爾曼濾波法是近年才開(kāi)始的，該方法適用于各種電池，尤其適用于電流波動(dòng)比較劇烈的混合動(dòng)力汽車電池 SOC 估算。電池內(nèi)阻有交流內(nèi)阻和直流內(nèi)阻之分，它們都與 SOC 有密切關(guān)系。 Ah 計(jì)量法 如果充放電起始狀態(tài)為 SOC 錯(cuò)誤 !未找到引用源。通常把一定溫 度下的電池充電到不能再吸收能量的狀態(tài)，定義 SOC 為 1；而將電池再不能放出能量的狀態(tài)，定義 SOC 為 0。目前，市場(chǎng)上以燃油汽車為主，燃油汽車的不斷增加，不僅加劇了環(huán)境的污染，也嚴(yán)重的威脅到了能源安全，使用替代能源將成為汽車的重要發(fā)展方向。隨著電動(dòng)汽車的推廣應(yīng)用，將減少對(duì)石油資源的依賴以及減少環(huán)境污染。 1． 3 動(dòng)力電池的估算方法 目前 SOC 估算方法有：放電實(shí)驗(yàn)法、 Ah 計(jì)量法、開(kāi)路電壓法、負(fù)載電壓法、內(nèi)阻法、線性模型法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、卡爾曼濾波法 [3]。 負(fù)載電壓法 電池放電開(kāi)始瞬間，電壓迅速?gòu)拈_(kāi)路電壓狀態(tài)進(jìn)入負(fù)載電壓狀態(tài)，在負(fù)載電流保持不變時(shí)，負(fù)載電壓隨 SOC 變化的規(guī)律與開(kāi)路電壓隨 SOC 的變化規(guī)律相似。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非線性的基本特性，具有并行結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)能力，對(duì)于外部激勵(lì)，能給出相應(yīng)的輸出，它可以模擬電池的動(dòng)態(tài)特性，估算其 SOC 值。 內(nèi)阻法存在爭(zhēng)議，在實(shí)車上應(yīng)用較少。 20世紀(jì)初，安東